当前,在水源地微污染普遍存在的生态环境条件下,如何通过采用先进的深度处理技术对传统水净化工艺进行升级改造,成为保障饮用水安全的重要内容。纳滤膜是近10年快速发展饮用水深度处理新技术,该技术不仅能够有效去除水体中多种有机物、适度去除无机离子,还可保持产水pH值中性,能在更广泛的水源条件下保障饮水安全。论文以饮用水纳滤过程中膜系统优化设计、组合工艺及工程示范为核心研究内容。针对现有商品化纳滤膜,在特性分析与应用调研基础上,参照与类比超滤和反渗透膜的分离性能变化规律和膜系统设计方法,首次提出基于水处理应用领域的纳滤系统优化设计的数学模型；采用工程设计与模式验证结合法、理论模型推导、计算机软件模拟的研究方法,给出纳滤系统优化设计的重要约束指标及优化排列方式,提出与纳滤膜特性相关的多元化设计排列模式。同时针对钱塘江水源特性,开展以纳滤为关键技术的深度净化工艺设计与应用研究,首次开发了满足钱塘江潮汐水源特性的高回收率的超滤+纳滤+反渗透的三膜集成深度净化技术,并通过实际工程长期示范,为同类水源的纳滤深度净化提供了丰富全面的理论依据与实践经验。研究主要取得如下进展：1.从数学规划的角度提出基于水处理应用领域的纳滤系统优化设计数学模型,结合纳滤系统工程设计特点对模型进行分析简化处理为可求解的经典模式。最终确立了以目标截留率和最高回收率为目标的优化模型的各限值约束指标,并给出短流程膜排列的变量结果,指出了不同系统约束条件下优化排列模式变量的差异性,为纳滤膜工程化设计与规模化应用提供了理论依据。2.通过试验测试与理论推导结合的方法,首次测算了纳滤膜表面的盐浓差极化程度,并明确给出满足系统优化设计目标的量化限值为1.2；建立了浓差极化指标、膜面最低流速与截留率、回收率之间的关联,确立了纳滤系统极限回收率的测算方法,为纳滤系统膜污染的预防提供了理论依据。3.给出了以溶解扩散机理为系统约束条件的纳滤膜饮用水处理设计优化短流程排列模式。对于规模化膜系统设计,纳滤所需流程可以较反渗透缩短：当目标回收率大于80%时,纳滤系统可采用二段式设计而非反渗透系统要求的三段式设计模式,二段式设计减少了系统设计的复杂性和长流程造成的压力损失,这对纳滤膜系统的合理化排列设计提供了重要参考与依据。4.开展了钱塘江水源纳滤膜处理特性和优化工艺的中试研究。通过对两种预处理工艺产水指标的长期跟踪对比,选择UF+NF为自来水源的主要净化工艺；通过试验研究,确定了纳滤膜运行临界通量,并研究了纳滤膜的钱塘江水源无机盐、有机物和pH等水质指标变化的特性规律。5.开展了钱塘江水源以纳滤膜为关键技术的示范工程研究,对各水文站采集水质数据进行跟踪分析,研究了钱塘江潮汐水源特性,结合前期成果设计建设了一套500 m3/d的“超滤+纳滤+反渗透”三膜集成饮用水深度处理示范装置,水回收率达到90%以上,并进行长达二年的调试、运行与数据分析,从运行稳定性、水质保障性、经济可行性等方面论证了三膜集成工艺对饮水安全保障的可靠性。